IMPRESIÓN TRIDIMENSIONAL ESTRUCTURADA.

Un artículo tridimensional estructurado en capas en sección transversal secuenciales de acuerdo con un modelo del artículo,

obtenido mediante un procedimiento que comprende las etapas de: definir una capa de material en polvo; aplicar un reactivo líquido a la capa de polvo en un diseño que corresponde a la capa en sección transversal respectiva del modelo, y repetir estas etapas para formar capas sucesivas, caracterizado porque el polvo incluye un primer componente reactivo seleccionado de polímeros, oligómeros o monómeros orgánicos u organometálicos, o una mezcla de componentes reactivos de este tipo, y el líquido incluye un segundo componente activo, comprendiendo el segundo componente activo una resina curable y siendo capaz de reaccionar con el primer componente reactivo, artículo que exhibe una resistencia a la tracción entre 12,2 MPa y 47,5 MPa y está exento de huecos, habiendo curado el reactivo líquido también en los huecos entre las partículas de polvo

La presente invención se refiere a la impresión tridimensional estructurada, más específicamente a un método para formar objetos en 3-D mediante técnicas de impresión por chorro utilizando modelos de ordenador.

El proceso implicado en la fabricación de artículos o piezas está viéndose sometido a una considerable racionalización de los flujos de trabajo, posibilitada por la llegada de una informática de escritorio de alta velocidad con una elevada capacidad de procesamiento, un software de CAD versátil, capaz de crear y representar objetos en 3-D y una transmisión de alta velocidad de archivos digitales creados para su distribución global. Dentro de este escenario de desarrollo, es de creciente importancia tener la capacidad de traducir los archivos digitales tridimensionales creados en objetos manejables que representan o “verifican” los archivos digitales. Este es particularmente el caso cuando los objetos creados tienen realmente la funcionalidad de los objetos que se han de fabricar en última instancia.

Hace varios años se diseñaron sistemas de “prototipado rápido” para proporcionar una capacidad de este tipo. En particular, la estereolitografía se ha revelado como una técnica capaz de crear objetos en 3-D de alta precisión utilizando el curado digital en capas de fotopolímeros. Esta técnica se ha desarrollado significativamente como una tecnología pionera para producir objetos tridimensionales utilizando lásers UV y mezclas de resinas fotopolimerizables y fotosensibles líquidas a partir de archivos CAD, pero el equipo es actualmente costoso y requiere de usuarios expertos.

Un ejemplo de esto se puede encontrar en el documento US-A-4.575.330. En este caso, se toma una representación digital de un objeto en 3-D y se convierte en una sucesión de láminas digitales. Sobre una plataforma se forma una capa delgada de un polímero líquido curable, fotosensible a UV, y ésta se cura en el dibujo deseado utilizando una fuente de láser UV dirigida a las posiciones apropiadas en la capa líquida de acuerdo con la representación digital de la lámina respectiva. Esto se repite luego. Un problema con ese sistema es que está restringido en los materiales disponibles y no permite fácilmente variaciones en la composición del objeto.

Otra técnica existente, que es en cierto modo similar, es la sinterización por láser de capas en polvo sucesivas, tal como se muestra en el documento US 4.863.538. Ejemplos de otro sistema pueden encontrarse en los documentos US-A-5.204.055 y US-A-5.340.656. Estos documentos describen la aplicación de un líquido a capas de polvos sucesivas con el fin de unir las capas de polvos en el dibujo requerido. En el documento US-A5.807.437, el líquido se aplica eficazmente utilizando boquillas de chorro de tinta que permiten una desviación variable de las gotitas de líquido. Un inconveniente de esos sistemas es que el objeto producido puede ser delicado y propenso a ser dañado.

Un desarrollo más reciente es el sistema de fusión en caliente descrito en el documento US-A-5.855.836. En este caso, una formulación sólida se calienta hasta que se funde y se rocía formando un dibujo deseado sobre un sustrato. Después se enfría y solidifica, y la secuencia se repite para constituir un objeto en 3-D. La formulación incluye un componente reactivo que finalmente es activado para curar el objeto. En este caso, de nuevo una desventaja es que los materiales disponibles son extremadamente limitados.

El documento WO00/26036 describe un método para formar un objeto en 3-D al formar capas sucesivas de emplasto y aplicar un líquido acuoso a la capa de emplasto para provocar que fragüe. Cada uno de los documentos WO01/34371 y WO01/78969 describe un método para formar un objeto en 3-D al formar capas sucesivas de polvo y aplicar mediante chorro un líquido sobre cada una de las capas de polvo sucesivas, lo cual determina que el polvo se combine en la forma deseada del objeto.

El documento WO98/09798 describe un objeto en 3-D, obtenido mediante una mezcla de partículas y un aglutinante de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1.

Es un objeto de la presente invención proporcionar un objeto en 3-D que no adolezca de los inconvenientes de los sistemas de la técnica anterior. Más específicamente, la invención pretende proporcionar un objeto que sea

robusto y que pueda tener micro-propiedades y macro-propiedades variables. Es un objeto adicional proporcionar

objetos exentos de huecos. De acuerdo con un aspecto de la invención, se proporciona un artículo tridimensional estructurado en capas en sección transversal secuenciales de acuerdo con la reivindicación 1.

El artículo se puede obtener mediante un procedimiento para formar un artículo tridimensional estructurado en capas en sección transversal secuenciales de acuerdo con un modelo del artículo, comprendiendo el procedimiento las etapas de: definir una capa de material en polvo; aplicar un reactivo líquido a la capa en polvo en un dibujo que corresponde a la capa en sección transversal respectiva del modelo; y repetir estas etapas para formar capas sucesivas; y en que el polvo incluye un primer componente reactivo seleccionado de polímeros, oligómeros o monómeros orgánicos u organometálicos, o una mezcla de componentes reactivos de este tipo, y el líquido incluye un diluyente reactivo que reduce la viscosidad y un segundo componente activo, comprendiendo el segundo componente activo una resina curable, siendo el segundo componente activo capaz de reaccionar con el primer componente reactivo para formar un nuevo compuesto químico.

Así, los dos componentes reactivos reaccionan al contactar para formar una lámina sólida con el dibujo requerido, y esto se repite para formar un artículo sólido.

Preferiblemente, el modelo es un modelo digital. Preferiblemente, el segundo componente activo actúa como un catalizador para facilitar la reticulación del primer componente reactivo.

Preferiblemente, el polvo consiste esencialmente en el primer componente reactivo.

La reacción puede tener lugar en forma de una expansión y unión mediante pegado de las partículas de polvo y después una reacción química real con el fluido.

Se ha encontrado que el sistema puede permitir que el artículo formado sea relativamente robusto, ya que el polvo reactivo y el líquido reaccionan químicamente para formar un nuevo componente químico. También se pueden formar enlaces químicos entre capas y, de esta manera, puede no existir dependencia alguna sobre la unión mecánica basada en los sistemas de la técnica anterior. Los artículos producidos están exentos de huecos y exentos de vestigios de polvo dentro de la estructura. Efectivamente, el procedimiento da lugar a una disolución del polvo por parte del líquido, dando una resina viscosa que luego cura. Esto se ha de contrastar con sistemas en los que el líquido sirve meramente para unir las partículas de polvo entre sí sin ninguna interacción química.

El polvo sufre una rápida disolución al contacto con el líquido. Esto produce una resina viscosa y prácticamente inmóvil que conservará su forma hasta que se complete el curado. Esto se puede conseguir particularmente cuando el líquido es pulverizado en forma de chorro a temperaturas elevadas, según se menciona más abajo.

El efecto del diluyente es doble. Primeramente, la disminución de la viscosidad permite que el líquido sea pulverizado en forma de chorro desde boquillas de agujero más pequeño sin necesidad de elevar la temperatura, consiguiendo con ello una resolución superior. En segundo lugar, mejora la penetración del líquido en el cuerpo del polvo, consiguiendo con ello una distribución más homogénea de los reaccionantes, al tiempo que permitiendo también una rápida agregación del polvo que mejora la resolución y que permite adicionalmente que el líquido reactivo presente en el líquido en forma de chorro reaccione firmemente con la superficie y el interior del polvo.

Las capas de polvo pueden ser todas de la misma formulación, pero se pueden utilizar materiales diferentes para capas diferentes, o incluso en la misma capa. También se pueden utilizar líquidos diferentes, ya sea en lugares diferentes en la misma capa o en capas diferentes. De manera conveniente, el líquido se aplica utilizando una disposición ordenada lineal de boquillas que son hechas pasar sobre la capa de polvo. De esta forma, se pueden suministrar diferentes líquidos a diferentes boquillas y/o diferentes... [Seguir leyendo]

1. Un artículo tridimensional estructurado en capas en sección transversal secuenciales de acuerdo con un

modelo del artículo, obtenido mediante un procedimiento que comprende las etapas de: definir una capa de

5 material en polvo; aplicar un reactivo líquido a la capa de polvo en un diseño que corresponde a la capa en sección

transversal respectiva del modelo, y repetir estas etapas para formar capas sucesivas, caracterizado porque el

polvo incluye un primer componente reactivo seleccionado de polímeros, oligómeros o monómeros orgánicos u

organometálicos, o una mezcla de componentes reactivos de este tipo, y el líquido incluye un segundo componente

activo, comprendiendo el segundo componente activo una resina curable y siendo capaz de reaccionar con el 10 primer componente reactivo, artículo que exhibe una resistencia a la tracción entre 12,2 MPa y 47,5 MPa y está

exento de huecos, habiendo curado el reactivo líquido también en los huecos entre las partículas de polvo.